Hơn thế nữa, việc ứng dụng phần mềm Mach3 để điều khiển máy CNC là tiền đề, điều kiện cần thiết giúp người mới bắt đầu hay sinh viên tiếp cận gần hơn với một máy CNC thực tế vận hành tr
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MACH3 XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC LASER TRỤC GVHD: ThS NGUYỄN TỬ ĐỨC SVTH : TRƯƠNG HOÀNG VŨ PHẠM ĐỨC DŨNG SKL011043 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MACH3 XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC LASER TRỤC SVTH: SVTH: KHĨA: NGÀNH: TRƯƠNG HỒNG VŨ MSSV: 18151151 PHẠM ĐỨC DŨNG MSSV: 17151055 2017 - 2021 & 2018 - 2022 CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD: ThS NGUYỄN TỬ ĐỨC Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2023 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Đức Dũng MSSV: 17151055 Ngành: CNKT Điều Khiển Tự Động Hóa Lớp 17151CL1A Họ tên sinh viên: Trương Hoàng Vũ MSSV: 18151151 Ngành: CNKT Điều Khiển Tự Động Hóa Lớp: 18151CL2A Giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Tử Đức SĐT: Ngày nhận đề tài: 16/02/2023 Ngày nộp đề tài: 30/06/2023 1.Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm Mach3 xây dựng điều khiển máy CNC laser trục 2.Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Tài liệu MR-J2S-A Servo Amplifier_ Mitsubishi Electric - Tài liệu Melservo MR-C Manual Servo Education Basic Training - Đề tài nghiên cứu khoa học điều khiển máy đục gỗ CNC_ chủ nhiệm đề tài ThS Nguyễn Thị Bích Mai 3.Nội dung thực đề tài: - Nghiên cứu máy CNC điều khiển phần mềm Mach3 - Thiết kế hệ thống - Thi cơng mơ hình - Vận hành, kiểm tra 4.Sản phẩm: Cuốn báo cáo, mơ hình, mẫu khắc laser TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Trương Hoàng Vũ MSSV: 18151151 Họ tên Sinh viên: Phạm Đức Dũng MSSV: 17151055 Ngành: CNKT Điều Khiển Tự Động Hóa Tên đề tài: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MACH3 XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CNC LASER TRỤC Họ tên giảng viên hướng dẫn: Ths Nguyễn Tử Đức NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2023 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Trương Hoàng Vũ MSSV: 18151151 Họ tên Sinh viên: Phạm Đức Dũng MSSV: 17151055 Ngành: CNKT Điều Khiển Tự Động Hóa Tên đề tài: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MACH3 XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CNC LASER TRỤC Họ tên giảng viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2023 Giảng viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Để thực hiền thành cơng đề tài tốt nghiệp này, nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy Cô khoa Đào tạo Chất lượng cao, khoa Điện – Điện tử Thầy Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM cung cấp cho tác giả kiến thức quan trọng ngành học suốt năm học từ năm 2017 đến năm 2023 Bằng kiến thức quan trọng kết hợp với trình tìm tòi, học hỏi thêm, tác giả định hướng khả tầm hiểu biết Nhờ vậy, với việc tạo điều kiện thuận lợi từ nhà trường q Thầy Cơ giúp nhóm tác giả thực đồ án tốt nghiệp “ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MACH3 XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC LASER TRỤC ” Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn giáo viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp nhóm, thầy Nguyễn Tử Đức Nhờ vào sự hướng dẫn, bảo tận tình thầy, đặc biệt nhóm gặp khó khăn ý tưởng hay khúc mắc trình thực thầy nhiệt tình giúp đỡ để hồn thành tốt mục tiêu đề đồ án Bên cạnh đó, nhóm xin cám ơn bạn nhóm làm đồ án khác hỗ trợ suốt trình thực đồ án Bên cạnh mục tiêu đề đạt được, nhóm tác giả khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế nhiều mặt, lượng kiến thức, nên nhóm tác giả mong nhận nhiều ý kiến đánh giá, góp ý Thầy Cơ, anh chị khóa bạn sinh viên để nhóm phát triển hồn thiện thêm đề tài Nhóm xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2023 Nhóm thực hiện: Trương Hồng Vũ Phạm Đức Dũng iv TÓM TẮT NỘI DUNG Trong thời đại công nghệ phát triển vượt bậc nay, chức hệ thống CNC ngày hoàn thiện đạt tốc độ xử lý nhanh Các hệ thống CNC chế tạo dùng cho nhiều mục đích điều khiển khác với độ tin cậy tuổi thọ ngày cao Ứng dụng điều khiển hệ thống CNC phần mềm Mach3 không phương pháp đơn giản dễ dàng tiếp cận sinh viên Đây cầu nối giúp sinh viên trải nghiệm với mơ hình hệ thống máy CNC đơn giản, đồng thời vận dụng khả lập trình vận hành người sử dụng Hơn nữa, việc ứng dụng phần mềm Mach3 để điều khiển máy CNC tiền đề, điều kiện cần thiết giúp người bắt đầu hay sinh viên tiếp cận gần với máy CNC thực tế vận hành điều kiện nhà máy, cơng nghiệp Vì vậy, đề tài xây dựng hệ thống máy CNC đơn giản điều khiển phần mềm Mach3 để tìm tòi, học hỏi cần thiết trường đại học Đồ án ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MACH3 XÂY DỰNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC LASER TRỤC thi công máy CNC đơn giản với mục tiêu sau: • Vận dụng kiến thức, tìm hiểu, thiết kế chế tạo mơ hình máy CNC trục, bao gồm: Trục X, Y, Z A • Lập trình, điều khiển, giám sát mơ hình máy CNC để tạo sản phẩm có độ xác cao • Thành thạo cài đặt thông số, điều khiển phần mềm Mach3 • Xử lý khắc phục lỗi gặp sự cố v ABSTRACT In the era of technological development, the functionalities of a CNC system are designed to be faster and more accurate In industry, the CNC system is designed for various control purposes with high reliability and longevity Controlling a CNC system based on Mach3 software is simple but very useful for students It demonstrates an effective model to help the student to train, study and utilize their knowledge Moreover, the application of Mach3 software to control CNC machines is a prerequisite, a necessary solution for beginners or students to be familiar with a real CNC machine operating in the industry Therefore, the necessity of building a simple CNC system controlled by Mach3 software is very important The objective of our senior project “MACH3 SOFTWARE APPLICATION TO DESIGN AND CONTROL 4-AXIS LASER CNC MACHINE” does not simulate all functions of a practical CNC system Instead of that, the project focuses on the following aims: • Applying knowledge, learning, designing, and manufacturing a 4axis CNC model: X, Y, Z, A-axis • Programming, controlling, and monitoring CNC machine models to produce high-precision products • Proficient in parameter setting, and control on Mach3 software • Handling troubleshooting error vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT NỘI DUNG v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ x Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 CNC gì? 1.3 1.4 Ưu nhược điểm máy CNC Tính cấp thiết đề tài 1.5 mục tiêu đề tài 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.7 Quy trình thực đề tài 1.8 1.9 Phương án thực đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống cnc 2.1.1 Hệ thống CNC 2.1.2 Khái niệm hệ thống servo: 2.2 Giới thiệu phần cứng 2.2.1 Động Servo 2.2.2 Driver MR-J2S-10A 2.2.3 Driver MR-C: 16 2.2.4 2.2.5 Board mạch CNC BOB MACH3 USB: 21 Các trục vitme trục X, Y hệ thống servo: 22 vii 2.2.6 Phần mềm mô Mach3: 25 2.2.7 Phần mềm thiết kế chuyển đổi Gcode Vectrics Aspire 27 2.2.8 Mã lệnh gia công G-code CNC 27 2.2.9 Các thiết bị phụ trợ 33 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 35 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 35 3.2 3.3 Lưu đồ thuật toán hệ thống CNC trục 35 Sơ đồ phần cứng 36 3.3.1 Sơ đồ hình khối thiết bị phần cứng hệ thống CNC trục 36 3.3.2 3.3.3 Sơ đồ kết nối dây điều khiển động Servo 38 Sơ đồ đấu dây hệ thống CNC trục 39 3.3.4 3.4 Sơ đồ hình chiếu mơ mơ hình thực tế: 40 Cài đặt thông số hệ thống 40 3.4.1 Cài đặt thông số cho phần mềm Mach3 41 3.4.2 Tính tốn, cài đặt Parameter cho Driver nhập thông số chuyển động trục vào phần mềm Mach3 43 3.5 Thiết kế tạo file gcode phần mềm Vectrics Aspire 48 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 52 4.1 Định vị cố định vị trí thiết bị 52 4.2 Đấu nối thiết bị dây 57 4.3 Kiểm tra nguội hệ thống trước bật điện 60 Chương VẬN HÀNH, KIỂM TRA VÀ SO SÁNH 62 5.1 Vận hành 62 5.2 Kiểm tra so sánh 67 Chương KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 6.1 Kết luận 72 6.2 Hướng phát triển 72 6.2.1 Phần cứng 72 6.2.2 Phần mềm 72 viii Chương VẬN HÀNH, KIỂM TRA VÀ SO SÁNH 5.1 VẬN HÀNH ❖ Bước 1: Cấp nguồn hệ thống, kiểm tra trạng thái bình thường thiết bị Hình 5.1 Đo điện áp ❖ Bước 2: Chạy jog, kiểm tra hoạt động driver động servo Hình 5.2 Chạy chế độ Jog driver ❖ Bước 3: Chạy jog, kiểm tra ngõ phát xung board phần mềm Mach3 62 Hình 5.3 Chạy chế độ Jog phần mềm Mach3 ❖ Bước 4: Mở phần mềm Mach3, kiểm tra kết nối với board Mach3 USB Hình 5.4 Bấm Reset phần Status không báo lỗi kết nối thành cơng ❖ Bước 5: Kiểm tra tín hiệu ngõ vào Hình 5.5 Kiểm tra tín hiệu ngõ vào a) Cảm biến chưa tác động b) Cảm biến tác động 63 ❖ Bước 6: Thiết lập vị trí gốc tọa độ Hình 5.6 Set vị trí gốc phần mềm Mach3 Hình 5.7 Set vị trí gốc trục thực tế ❖ Bước 7: Đặt phôi lên mặt phẳng khơng gian làm việc Hình 5.8 Đặt phơi gia cơng vị trí thiết kế phần mềm Vetrics Aspire ❖ Bước 8: Thiết kế nội dung cần khắc chuyển sang Gcode phần mềm Aspire 64 Hình 5.9 Nội dung cần gia cơng Hình 5.10 Tạo nội dung cần gia cơng 65 Hình 5.11 cửa sổ khai báo lưỡi dao, cài đặt chế độ gia công, chuyển nội dung cần gia cơng sang dạng véc-tơ Hình 5.12 Nội dung sau chuyển sang dạng véc-tơ ❖ Bước 9: Load file Gcode vào phần mềm Mach3 66 Hình 5.13 Cửa sổ hiển thị file Gcode để giám sát qua trình gia cơng ❖ Bước 10: Điều chỉnh điểm hội tụ Laser lên bề mặt cần gia công ❖ Bước 11: Chạy chương trình thực gia cơng phơi Hình 5.14 Cửa sổ mơ q trình máy chạy 5.2 KIỂM TRA VÀ SO SÁNH Kiểm tra kích thước hình khắc sau kết thúc chương trình so với cài đặt ban đầu thiết kế 67 • Kích thước chữ thiết kế: Chiều cao 40mm • Kích thước chữ thực tế sau gia cơng: Chiều cao 40mm Hình 5.15 Sản phẩm sau hồn thành Hình 5.16 Chiều cao chữ thiết kế 40mm 68 Hình 5.17 Chiều cao chữ thực tế Hình 5.18 Gia cơng với tốc độ (Feed rate) cao ❖ Khi thay tốc độ gia công (feedrate) từ 10mm/s lên 20mm/s cho kết hình 5.18, ta có nhận xét sau: Bảng 5.1 So sánh nhận xét kết gia công Tốc độ gia cơng Thời gian hồn thành Độ thẩm mỹ Nhận xét Gia công tốc độ thấp Feed rate = 10mm/s T = phút 50 giây Gia công tốc độ cao Feed rate = 20mm/s T = phút Đường khắc mờ, đôi chỗ Đường khắc đẹp, rõ rang nét Gia công tấp độ thấp Gia công tốc độ cao thời gian lâu thời gian gia công nhanh 69 đường nét rõ ràng, thẩm mỹ mặt hạn chế hình cao khắc không rõ ràng Khắc phục: Chạy chương trình thêm nhiều lần ❖ Một số kết gia cơng khác Hình 5.19 Gia cơng trụ trịn trục A Hình 5.20 Gia cơng lên trụ trịn trục A 70 Hình 5.21 Gia cơng mặt gỗ trụ vng trục A Hình 5.22 Gia cơng nội dung kích thước lớn mặt phẳng Hình 5.23 Mẫu khắc lên bút gỗ 71 Chương KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau thời gian tháng tìm hiểu thi cơng, nhóm hồn thành mục tiêu đề thiết kế, điều khiển máy CNC trục để khắc laser bề mặt gỗ với độ xác cao độ thẩm mỹ tốt Kết sau gia công thử nghiệm cho thấy độ xác đạt u cầu sai số khơng q 0.5 mm Tuy nhiên mơ hình cịn thiếu sót nhóm tác giả mong q thầy cơ, anh chị bạn bè đọc hay tìm hiểu đồ án tác giả đưa nhận xét khách quan giúp nhóm tác giả rút kinh nghiệm, sửa chữa đưa hướng phát triển tốt tương lai 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau q trình thực đề tài, nhóm tác giả nhận thấy số hạn chế đổ án thực nên đưa số hướng phát triển cho đồ án sau: 6.2.1 Phần cứng: ❖ Cơng suất nguồn laser cịn yếu nên khó khăn khắc số loại gỗ vật liệu có độ cứng cao, giảm tốc độ gia cơng để khiến hình khắc rõ nét khiến thời gian tiêu hao nguyên liệu tăng Đẩy nhanh thời gian gia cơng giảm chất lượng hình khắc ❖ Thiết kế thêm hệ thống hút khói mùi Trong trình khắc laser, nhiệt sinh để đốt cháy bề mặt phơi tạo khói mùi khét Tuy khơng nhiều khắc hình phức tạp với thời gian lên tới hàng đồng hồ phịng kín, hệ thống gây sự khó chịu cho người ung quanh ám mùi lên vật dụng khác ❖ Sử dụng Board mach3 USB V2.0 AKZ 250 có nhiều ưu điểm board Mach3 hệ thống tần số xung lên đến 200KHz, tích hợp nhiều ngỏ ra, vào nên nhận tín hiệu điều khiển nhiều thiết bị hơn… 6.2.2 Phần mềm ❖ Giao diện phần mềm Mach3 cịn nhiều chi tiêt thừa mà hệ thống chưa cần đến Nhà sản xuất phần mềm Mach3 Artsoft cung cấp thêm phần mềm Mach3 Screen cho phép thiết kế lại giao diện giám sát trực quan cho mục đích sử dụng Vì việc thiết kế lại hình giám sát hệ thống cho rõ ràng đơn giản điều cần thiết 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ❖ TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT [1] Kiến thức máy CNC Wikipedia, máy CNC từ nhà cung cấp; [2] Máy CNC "Made in Vietnam", báo Nhân dân điện tử; [3] ThS Nguyễn Thị Bích Mai, “Điều khiển máy đục gỗ CNC”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM; [4] Nguyễn Thị Thanh Vi (2018) “Lập trình gia công máy khắc gỗ CNC phần mềm MACH Vectrics Aspire 8.5”, Hội nghị Khoa học Cơng nghệ tồn quốc khí lần thứ V - VCME 2018; [5] Lê Hiếu Giang, Nguyễn Trường Thịnh, 2004, “Giáo trình Máy điều khiển theo chương trình số NC-CNC”, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, tài liệu lưu hành nội bộ; ❖ TÀI LIỆU TIẾNG ANH [6] MR-J2S-A Servo Amplifier_ Mitsubishi Electric; [7] Melservo MR-C Manual; [8] Servo EducationBasic Training; [9] CNC Programming with G-code; [10] Mach3Mill_Install_Config; [11] http://www.machsupport.com/; [12] http://www.Vectrics.com/; [13] Vectrics, 2016, Aspire V8.5 User Manual; PHỤ LỤC ❖ MỘT SỐ SỰ CỐ KHI KHỞI ĐỘNG STT Trình tự Lỗi Kiểm tra khởi động Không cải thiện kết nối CN1A, CN1B, CN2 CN3 bị ngắt kết nối Cải thiện kết nối Đèn LED CN1A CN1B không sáng Bật nguồn kết nối Đèn LED nhấp nháy Cải thiện kết nối CN2 bị ngắt kết nối Trục động Bật servo-on servo (SON) khơng bị khóa servo Cải thiện kết nối CN3 bị ngắt kết nối Kiểm tra hình để xem khuếch đại servo sẵn sàng hoạt động chưa Kiểm tra tín hiệu I/O bên ngồi để xem servo-on Nguyên nhân xảy Lỗi điện áp nguồn Bộ khuếch đại Servo bị lỗi Nguồn điện cáp CNP1 bị thiếu Nguồn điện hệ thống cáp mã hóa bị thiếu Bộ mã hóa bị lỗi Nguồn cung cấp cáp CN3 Khơng bật đầu vào (SON) (Lỗi dây) Nguồn 24 VDC không cung cấp cho COM Lỗi dây (a) Đối với đầu vào chuỗi xung thu Nhập lệnh mở, nguồn 24 VDC Động đầu vào Kiểm tra xung lệnh tích khơng cung cấp servo không (Hoạt động lũy cho OPC (b) LSP quay thử nghiệm) LSN khơng bật Khơng có xung đầu vào ❖ MỘT SỐ CHÂN TÍN HIỆU QUAN TRỌNG ĐẦU NỐI I/O Chân Ký hiệu Kênh Chức kết nối Xung quay thuận Lệnh nhập xung lệnh chiều NP xung quay nghịch Xung quay nghịch kết nối NP-SG Kết nối với nguồn 5V board MACH3 NG Tín hiệu nguồn đầu vào USB PP Tín hiệu xung Lệnh nhập xung đầu vào Kết nối với nguồn 5V board MACH3 Tín hiệu nguồn đầu 10 PG USB vào Nguồn điện cung cấp chung 12 SG 14 LSN Kết thúc hành trình quay nghịch 15 LSP Kết thúc hành trình quay thuận 17 SON Servo-ON 20 V24 Giao diện đầu vào nguồn Kết nối nguồn (-) nguồn điện bên Để sử dụng cài đặt thông số số (cài _0_) Khi LSP- SG bị ngắt kết nối, động servo chạy theo hướng CW Động servo chạy theo hướng CWW Để sử dụng cài đặt thông số số (cài _0_) Khi LSP- SG bị ngắt kết nối, động servo chạy theo hướng CCW Động servo chạy theo hướng CW Kết nối công tắc SON-SG để bật servo Cài đặt thông số số (cài _ _1) để cài đặt bặt/tắt servo 24VDC 5VDC sử dụng làm nguồn điện bên để cung cấp vào đầu vào kỹ thuật số